JP2004188278A

JP2004188278A - Honeycomb filter for exhaust gas cleaning

Info

Publication number: JP2004188278A
Application number: JP2002357297A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kudo; 篤史工藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a honeycomb filter for exhaust gas cleaning which has a high porosity and has strength and durability high enough to resist failure even when a thermal stress, a bending stress, or vibrations are exerted on its bonding layer. <P>SOLUTION: The honeycomb filter has a structure in which a plurality of polygonal porous ceramic members through each of which many through-holes are longitudinally juxtaposed and separated with partitions are bound, and the partitions which separate the through-holes function as a particle collection filter, wherein the percentage of the Young's modulus of the porous ceramic members to the Young's modulus of the bonding layer (the Young's modulus of the bonding layer/the Young's modulus of the porous ceramic members) is above 20%, and the porosity of the porous ceramic members is 20 to 80%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去するフィルタとして用いられる排気ガス浄化用ハニカムフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
この排気ガスを多孔質セラミックを通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００３】
このようなセラミックフィルタは、通常、図１に示したハニカムフィルタ１０のように、炭化珪素等からなる多孔質セラミック部材２０が接合層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲にシール材層１３が形成されている。また、この多孔質セラミック部材２０は、図２に示したように、長手方向に多数の貫通孔２１が並設され、貫通孔２１同士を隔てる隔壁２３がフィルタとして機能するようになっている。
【０００４】
即ち、多孔質セラミック部材２０に形成された貫通孔２１は、図２（ｂ）に示したように、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材２２により目封じされ、一の貫通孔２１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔２１を隔てる隔壁２３を通過した後、他の貫通孔２１から流出されるようになっている。
また、シール材層１３は、ハニカムフィルタ１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周部から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で設けられているものである。
【０００５】
このような構成のハニカムフィルタ１０が内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカムフィルタ１０を通過する際に隔壁２３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
このようなハニカムフィルタ１０は、極めて耐熱性に優れ、再生処理等も容易であるため、種々の大型車両やディーゼルエンジン搭載車両等に使用されている。
【０００６】
このようなハニカムフィルタとして、例えば、特許文献１に、２個以上のハニカムセグメントと、該ハニカムセグメント間を接合する接合層とからなり、上記接合層材質のヤング率が上記ハニカムセグメント材質のヤング率の２０％以下であるか、又は、上記接合層の材料強度が上記ハニカムセグメント材料強度よりも小さいハニカム構造体が開示されている。
【０００７】
上記公報によれば、接合層の材料に、ハニカムセグメントの材料よりもヤング率の低い（又は、材料強度がハニカムセグメントの材料強度より小さい）接着剤を用いることによって、使用時における熱応力の発生が小さく、クラックが発生しないため、耐久性を有し、中央部と外周部との温度差が生じにくく、流体の圧力損失が小さく、再生処理時の昇温に必要な時間及びエネルギーの小さいハニカム構造体を提供することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１９０９１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなハニカムフィルタを触媒担体として用いる場合、触媒を多量に担持するために多孔質セラミック部材の気孔率を高くする必要がある。しかし、本発明者らの研究によると、上記多孔質セラミック部材の気孔率を高くするとそのヤング率が低下してしまい、振動や曲げ（引張り）応力が多孔質セラミック部材に加わると容易に破壊されてしまうことが判明した。
【００１０】
しかしながら、上記公報に記載のハニカム構造体は、ハニカムセグメント（多孔質セラミック部材）材質のヤング率よりも、これらを接合する接合層材質のヤング率の方が低いものであった。即ち、ハニカムセグメントのヤング率よりも、接合層のヤング率の方が低いものであった。
そのため、ハニカムセグメントの高気孔率化に伴って、そのヤング率が低下した場合、当該ハニカムセグメントを接合する接合層のヤング率は、上記高気孔率化したハニカムセグメントのヤング率よりもさらに低下したものとなる。接合層のヤング率を低下させるためには、接合層の高気孔率化が最も有効な手段である。しかし、接合層を高気孔率化させると、強度が低下し、接合層に生じる熱応力によって容易に破壊されてしまうため、強度及び耐久性に劣るものとなる。そのため、ハニカム構造体の気孔率を余り高くすることができなかった。
【００１１】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、高い気孔率を有するとともに、接合層に熱応力、曲げ応力又は振動が加わっても破壊されることがなく、強度及び耐久性に優れる排気ガス浄化用ハニカムフィルタを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタは、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された角柱形状の多孔質セラミック部材が接合層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成された排気ガス浄化用ハニカムフィルタであって、
上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率（接合層のヤング率／多孔質セラミック部材のヤング率）は２０％を超え、かつ、
上記多孔質セラミック部材の気孔率は２０〜８０％であることを特徴とするものである。
以下、本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタについて説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された角柱形状の多孔質セラミック部材が接合層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成された排気ガス浄化用ハニカムフィルタであって、
上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率（接合層のヤング率／多孔質セラミック部材のヤング率）は２０％を超え、かつ、
上記多孔質セラミック部材の気孔率は２０〜８０％であることを特徴とする排気ガス浄化用ハニカムフィルタである。
【００１４】
本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタ（以下、単に本発明のハニカムフィルタともいう）の形状としては、例えば、図１に示したハニカムフィルタ１０と略同様のものを挙げることができ、多孔質セラミック部材が接合層を介して複数個結束されてセラミックブロックを構成し、このセラミックブロックの周囲にシール材層が形成されている。また、この多孔質セラミック部材は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能するようになっている。
【００１５】
即ち、上記多孔質セラミック部材に形成された貫通孔は、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材により目封じされ、一の貫通孔に流入した排気ガスは、必ず上記貫通孔を隔てる隔壁を通過した後、他の貫通孔から流出されるようになっている。
また、上記シール材層は、本発明のハニカムフィルタを内燃機関の排気通路に設置した際、上記セラミックブロックの外周部から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で設けられているものである。
ただし、本発明のハニカムフィルタの形状は、図１に示したような円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状のものを挙げることができる。
【００１６】
本発明のハニカムフィルタは、接合層を介して多孔質セラミック部材が複数個結束されて構成されており、上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率（接合層のヤング率／多孔質セラミック部材のヤング率）の下限は２０％を超えるものである。上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率が２０％以下であると、上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する上記接合層のヤング率が小さいため、セラミック部材に充分な強度がない場合、ハニカムフィルタを強度及び耐久性に優れたものとすることができず、上記接合層に熱による曲げ（引張り）応力が加わると容易に破壊されてしまう。
【００１７】
また、上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率の上限は４４０％であることが望ましい。４４０％を超えると、多孔質セラミック部材のヤング率が低くなりすぎ、このような低ヤング率の多孔質セラミック部材とするためには、多孔質セラミック部材の気孔率を非常に高くする必要があるため、実用上の強度を確保することができなくなる。また、多孔質セラミック部材のヤング率を低くしないとすると、接合層のヤング率を非常に高くする必要があるが、接合層のヤング率を非常に高くすると、接合層としての機能が失われてしまう。
また、上記多孔質セラミック部材のヤング率に対する、上記接合層のヤング率の比率の百分率の下限が１００％であり、上限が３００％であることがより望ましい。
なお、上記多孔質セラミック部材及び接合層のヤング率は、三点曲げ試験（ＪＩＳＲ０６０１）や超音波を用いた方法等、従来公知の方法により測定することができる。
【００１８】
上記多孔質セラミック部材の材料としては特に限定されず、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等の酸化物セラミック等を挙げることができる。
【００１９】
また、上記多孔質セラミック部材の気孔率は２０〜８０％である。気孔率が２０％未満であると、ハニカムフィルタがすぐに目詰まりを起こしてしまい、一方、気孔率が８０％を超えると、パティキュレート等の捕集効率が低下してしまい、また、強度及び耐久性に劣るものとなる。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
【００２０】
このように、本発明のハニカムフィルタを構成する多孔質セラミック部材は、その気孔率の下限は２０％、上限は８０％であり、本発明のハニカムフィルタは高い気孔率を有するものである。
上述した通り、多孔質セラミック部材の気孔率を高くすると、そのヤング率が低下してしまうため、振動や曲げ（引張り）応力が加わると容易に破壊されてしまう。しかしながら、本発明のハニカムフィルタでは、複数の多孔質セラミック部材を接合する接合層のヤング率と、多孔質セラミック部材のヤング率とが上述したような関係を有しており、上記接合層は大きなヤング率（即ち、大きな強度）を有している。従って、本発明のハニカムフィルタでは、上記接合層がハニカムフィルタの強度を確保することができ、多孔質セラミック部材の気孔率を高くして、ハニカムフィルタを高気孔率にすることができるのである。
上記多孔質セラミック部材の気孔率の下限は４０％、上限は８０％であることが望ましい。
【００２１】
上記多孔質セラミック部材の平均気孔径は５〜１００μｍであることが望ましい。平均気孔径が５μｍ未満であると、パティキュレートが容易に目詰まりを起こすことがある。一方、平均気孔径が１００μｍを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、該パティキュレートを捕集することができず、フィルタとして機能することができないことがある。
【００２２】
このような多孔質セラミック部材を製造する際に使用するセラミックの粒径としては特に限定されないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが望ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と、０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが望ましい。上記粒径のセラミック粉末を上記配合で混合することで、多孔質セラミック部材を製造することができるからである。
【００２３】
上記接合層を構成する材料としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるもの等を挙げることができる。
【００２４】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機バインダーのなかでは、シリカゾルが望ましい。
【００２５】
上記有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記有機バインダーのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００２６】
上記無機繊維としては、例えば、シリカーアルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機繊維のなかでは、シリカーアルミナファイバーが望ましい。
【００２７】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末又はウィスカー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
【００２８】
また、上記接合層には、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンが含有されていてもよい。このようなバルーンは、接合層のヤング率の向上を図ることができるとともに、接合層の熱容量を低下させることができる。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、フライアッシュバルーンが望ましい。
【００２９】
また、本発明のハニカムフィルタの減音率は５％以上となる。
なお、本明細書において、上記減音率とは、例えば、ハニカムフィルタをエンジン等の内燃機関の排気通路に設置しない場合に放射される排気音の音圧レベルをＬ_１（ｄＢ）とし、ハニカムフィルタをエンジン等の内燃機関の排気通路に設置した場合に放射される排気音の音圧レベルをＬ_２（ｄＢ）とすれば、下記数式（１）で与えられるＬ（％）のことをいう。
【００３０】
Ｌ（％）＝（Ｌ_１−Ｌ_２）／Ｌ_１×１００・・・（１）
【００３１】
このように定義される本発明のハニカムフィルタの減音率が５％以上となるのは、以下に挙げる理由によるものと考えられる。
上述した通り、多孔質セラミック部材の気孔率が高くなるにつれて、そのヤング率が低下し、破壊されやすくなるが、そのため、音（即ち、空気の振動）を余り反射せず、吸収しやすくなると考えられる。
図４は、本発明のハニカムフィルタにおけるヤング率比と減音率との関係を示すグラフであるが、図４に示したように、多孔質セラミック部材のヤング率に対する接合層のヤング率の比率の百分率（ヤング率比）が２０％を超えると、減音率が５％以上となり、上記ヤング率比が大きくなるにつれて減音率が大きくなる。従って、本発明のハニカムフィルタは優れた消音効果を有するものであり、本発明のハニカムフィルタをエンジン等の内燃機関の排気通路に設置すると、排気音を好適に吸収させることができ、低騒音化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明のハニカムフィルタの気孔中には、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属からなる触媒が担持されていてもよい。このような触媒が担持されていることで、本発明のハニカムフィルタは、排気ガス中のパティキュレートを捕集し、触媒により再生処理を行うことができるフィルタとして機能するとともに、排気ガスに含有されるＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能することができる。
【００３３】
上記貴金属からなる触媒が担持された本発明のハニカムフィルタは、従来公知の触媒付ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）と同様のガス浄化装置として機能するものである。従って、ここでは、本発明のハニカムフィルタが触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
なお、上述した通り、本発明のハニカムフィルタの気孔率は、従来のハニカムフィルタの気孔率に比べて高くすることができるため、フィルタとしての性能を低下させることなく、上記触媒を多量に担持することが可能である。
【００３４】
上述した通り、本発明のハニカムフィルタを構成する多孔質セラミック部材のヤング率に対する、接合層のヤング率の比率の百分率（接合層のヤング率／多孔質セラミック部材のヤング率）は２０％を超え、かつ、上記多孔質セラミック部材の気孔率は２０〜８０％である。即ち、多孔質セラミック部材の気孔率が高くそのヤング率が低くなっているが、これらを接合する接合層のヤング率が高く強度が優れたものとなっている。そのため、上記接合層が本発明のハニカムフィルタの強度を確保することができ、本発明のハニカムフィルタは、振動や曲げ（引張り）応力により容易に破壊されることがなく、強度及び耐久性に優れたものとなる。
【００３５】
さらに、本発明のハニカムフィルタは、多孔質セラミック部材の気孔率が高くその弾性（ヤング率）が小さなものであるため、優れた消音効果（減音率が５％以上）を有するものとなる。従って、本発明のハニカムフィルタをエンジン等の内燃機関の排気通路に設置すると、内燃機関から生じる排気音を好適に吸収させることができ、低騒音化を図ることができる。
【００３６】
次に、上述した本発明のハニカムフィルタの製造方法の一例について図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３７】
本発明のハニカムフィルタの製造方法では、まず、セラミックブロック１５となるセラミック積層体を作製する。
セラミック積層体は、多数の貫通孔２１が隔壁２３を隔てて長手方向に並設された角柱形状の多孔質セラミック部材２０が、接合層１４を介して複数個結束された角柱構造である。
【００３８】
多孔質セラミック部材２０を製造するには、まず、上述したようなセラミック粉末にバインダー及び分散媒液を加えて混合組成物を調製する。
【００３９】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が望ましい。
【００４０】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、混合組成物の粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【００４１】
これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液は、アトライター等で混合された後、ニーダー等で充分に混練され、押し出し成形法等により、図２に示した多孔質セラミック部材と略同形状の柱状の生成形体を作製する。
【００４２】
また、上記混合組成物には、必要に応じて造孔剤を添加してもよい。高気孔率の多孔質セラミック部材を得ることができるからである。
上記造孔剤としては特に限定されず、例えば、球状アクリル粒子や上述したバルーン等を挙げることができる。
【００４３】
上記生成形体を、マイクロ波乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の貫通孔に封口材を充填する封口処理を施し、再度、マイクロ波乾燥機等で乾燥処理を施す。上記封口材としては特に限定されず、例えば、上記混合組成物と同様のものを挙げることができる。
【００４４】
次に、上記封口処理を経た生成形体を、酸素含有雰囲気下、３００〜６５０℃程度に加熱することで脱脂し、バインダー等を揮散させるとともに、分解、消失させ、略セラミック粉末のみを残留させる。
【００４５】
そして、上記脱脂処理を施した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、１８００〜２２００℃程度に加熱することで焼成し、セラミック粉末を焼結させて多孔質セラミック部材２０を製造する。
【００４６】
次に、図３に示したように、このセラミック積層体を作製するには、まず、多孔質セラミック部材２０が斜めに傾斜した状態で積み上げることができるように、断面Ｖ字形状に構成された台３０の上に、多孔質セラミック部材２０を傾斜した状態で載置した後、上側を向いた２つの側面２０ａ、２０ｂに、接合層１４となる接着剤ペーストを均一な厚さで塗布して接着剤層を形成し、この接着剤層の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの角柱状のセラミック積層体を作製する。
【００４７】
そして、このセラミック積層体を５０〜１００℃、１時間程度の条件で加熱して上記接着剤層を乾燥、固化させて接合層１４とし、その後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、外周部が図１に示したような形状になるように切削することで、セラミックブロック１５を作製する。
【００４８】
なお、接合層１４を構成する材料としては特に限定されず、例えば、上述したような無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子を含む接着剤ペーストを使用することができる。
また、上記接着剤ペースト中には、少量の水分や溶剤等を含んでいてもよいが、このような水分や溶剤等は、通常、接着剤ペーストを塗布した後の加熱等により殆ど飛散する。
【００４９】
また、上記無機バインダーの含有量の下限は、固形分で、１重量％が望ましく、５重量％がさらに望ましい。一方、上記無機バインダーの含有量の上限は、固形分で、８０重量％が望ましく、７０重量％がより望ましく、５０重量％がさらに望ましい。上記無機バインダーの含有量が１重量％未満では、接着強度の低下を招くことがあり、一方、８０重量％を超えると、熱伝導率の低下を招くことがある。
【００５０】
上記有機バインダーの含有量の下限は、固形分で、０．１重量％が望ましい。一方、上記有機バインダーの含有量の上限は、固形分で、５．０重量％が望ましい。上記有機バインダーの含有量が０．１重量％未満では、接合層１４のマイグレーションを抑制するのが難しくなることがあり、一方、５．０重量％を超えると、接合層１４が高温にさらされた場合に、有機バインダーが焼失し、接着強度が低下することがある。
【００５１】
上記無機繊維の含有量の下限は、固形分で、１０重量％が望ましい。一方、上記無機繊維の含有量の上限は、固形分で、７０重量％が望ましい。上記無機繊維の含有量が１０重量％未満では、押し抜き荷重が低下し、一方、７０重量％を超えると、熱伝導性の低下を招く。
【００５２】
上記無機粒子の含有量の下限は、固形分で、３重量％が望ましい。一方、上記無機粒子の含有量の上限は、固形分で、８０重量％が望ましい。上記無機粒子の含有量が３重量％未満では、熱伝導率の低下を招くことがあり、一方、８０重量％を超えると、接合層１４が高温にさらされた場合に、接着強度の低下を招くことがある。
【００５３】
また、上記無機繊維のショット含有量の下限は、１重量％が望ましく、上限は、１０重量％が望ましい。また、その繊維長の下限は、１μｍが望ましく、上限は、１００μｍが望ましい。
【００５４】
ショット含有量を１重量％未満とするのは製造上困難であり、ショット含有量が１０重量％を超えると、多孔質セラミック部材２０の壁面を傷つけてしまうことがある。また、繊維長が１μｍ未満では、弾性を有するハニカムフィルタ１０を形成することが難しく、１００μｍを超えると、毛玉のような形態をとりやすくなるため、無機粒子の分散が悪くなるとともに、接合層１４の厚みを薄くできない。
【００５５】
上記無機粉末の粒径の下限は、０．０１μｍが望ましく、０．１μｍがより望ましい。一方、上記無機粒子の粒径の上限は、１００μｍが望ましく、１５μｍがより望ましく、１０μｍがさらに望ましい。無機粒子の粒径が０．０１μｍ未満では、コストが高くなることがあり、一方、無機粒子の粒径が１００μｍを超えると、接着力及び熱伝導性の低下を招くことがある。
【００５６】
この接着剤ペースト中には、接着剤ペーストを柔軟にし、流動性を付与して塗布しやすくするため、上記した無機繊維、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子のほかに、およそ総重量の３５〜６５重量％程度の水分や他のアセトン、アルコール等の溶剤等が含まれていてもよく、この接着剤ペーストの粘度は、１５〜２５Ｐａ・ｓ（１万〜２万ｃｐｓ（ｃＰ））が望ましい。
【００５７】
さらに、上記接着剤ペースト中には、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等のバルーン（微小中空球体）が含まれていてもよい。
接合層のヤング率の向上を図ることができるとともに、接合層の熱容量を低下させることができるからである。
【００５８】
次に、このようにして作製したセラミックブロック１５の周囲にシール材層１３の層を形成するシール材形成工程を行う。
【００５９】
このシール材形成工程においては、まず、セラミックブロック１５をその長手方向で軸支して回転させる。
セラミックブロック１５の回転速度は特に限定されないが、２〜１０ｍｉｎ^−１であることが望ましい。
【００６０】
続いて、回転しているセラミックブロック１５の外周部にシール材ペーストを付着させる。上記シール材ペーストとしては特に限定されず、上述した接着剤ペーストと同様のものを挙げることができる。
【００６１】
次に、このようにして形成したシール材ペースト層を１２０℃程度の温度で乾燥させることにより、水分を蒸発させてシール材層１３とし、図１に示したように、セラミックブロック１５の外周部にシール材層１３が形成された本発明のハニカムフィルタ１０の製造を完了する。
【００６２】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００６３】
実施例１
（１）平均粒径５μｍのα型炭化珪素粉末６０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末４０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を５重量部、水を１０重量部加えて混練して混練物を得た。次に、上記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押し出し成形を行い、生成形体を作製した。
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機を用いて乾燥させ、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間で焼成を行うことにより、図２に示したような、その大きさが３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ^２、隔壁の厚さが０．３ｍｍの炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材を製造した。
【００６４】
（２）繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー１９．６重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子６７．８重量％、シリカゾル１０．１重量％及びカルボキシメチルセルロース２．５重量％を含む耐熱性の接着剤ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、図３を用いて説明した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、図１に示したような直径が１６５ｍｍで円柱形状のセラミックブロックを作製した。
【００６５】
次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバー（ショット含有率：３％、繊維長：０．１〜１００ｍｍ）２３．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ_２の含有率：３０重量％）７重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合、混練してシール材ペーストを調製した。
【００６６】
次に、上記シール材ペーストを用いて、上記セラミックブロックの外周部に厚さ１．０ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、図１に示したような円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００６７】
実施例２
（１）実施例の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）繊維長０．０３５ｍｍのセラミックファイバー１３．７重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子３０．９重量％、アルミナバルーン（平均粒径１５０μｍ）３９．１重量％、シリカゾル１４．８重量％及びカルボキシメチルセルロース１．５重量％を含む耐熱性の接着剤ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、図３を用いて説明した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、図１に示したような直径が１６５ｍｍで円柱形状のセラミックブロックを作製した。
【００６８】
実施例３
（１）平均粒径１０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を１３重量部、水を２０重量部及び造孔剤としての球形アクリル粒子（平均粒径１０μｍ）を５重量部加えて混練して混練物を得た。次に、上記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押し出し成形を行い、生成形体を作製した。
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機を用いて乾燥させ、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、６時間で焼成を行うことにより、図２に示したような、その大きさが３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ^２、隔壁の厚さが０．３ｍｍの炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材を製造した。
【００６９】
（２）繊維長０．０３５ｍｍのセラミックファイバー５４．２重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子３５．２重量％、シリカゾル８．１重量％及びカルボキシメチルセルロース２．５重量％を含む耐熱性の接着剤ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、図３を用いて説明した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、図１に示したような直径が１６５ｍｍで円柱形状のセラミックブロックを作製した。
【００７０】
その後、実施例１と同様にして、上記セラミックブロックの外周部に厚さ１．０ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、図１に示したような円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７１】
実施例４
（１）実施例３の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）実施例１の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７２】
実施例５
（１）実施例３の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）実施例２の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７３】
実施例６
（１）平均粒径３０μｍのα型炭化珪素粉末８０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末２０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を３０重量部、水を３５重量部及び造孔剤としての球形アクリル粒子（平均粒径３０μｍ）を３０重量部加えて混練して混練物を得た。次に、上記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押し出し成形を行い、生成形体を作製した。
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機を用いて乾燥させ、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間で焼成を行うことにより、図２に示したような、その大きさが３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ^２、隔壁の厚さが０．３ｍｍの炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材を製造した。
【００７４】
（２）実施例３の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７５】
実施例７
（１）実施例６の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）実施例１の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７６】
実施例８
（１）まず、実施例６の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）次に、実施例２の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７７】
比較例１
（１）実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）実施例３の（２）と同様にして上記多孔質セラミック部材を接合してセラミックブロックを作製し、該セラミックブロックの外周部にシール材層を形成して円柱形状のハニカムフィルタを製造した。
【００７８】
比較例２
平均粒径１０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を４０重量部、水を３６重量部及び造孔剤としての球形アクリル粒子（平均粒径１０μｍ）を５０重量部加えて混練して混練物を得たほかは、実施例１と同様にしてハニカムフィルタを製造した。
【００７９】
比較例３
平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量％１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を３．６重量部、水を１８重量部加えて混練して混練物を得たほかは、実施例１と同様にしてハニカムフィルタを製造した。
【００８０】
比較例４
（１）実施例６の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
（２）繊維長０．０３５ｍｍのセラミックファイバー２２．８重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子１４．７重量％、シリカゾル３．４重量％及びカルボキシメチルセルロース１．１重量％、造孔剤としての球状アクリル粒子（平均粒径３０μｍ）を含む耐熱性の接着剤ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、図３を用いて説明した方法により多数結束させ続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、図１に示したような直径が１６５ｍｍで円柱形状にし、その後、７００℃で接着層の脱脂を行い、セラミックブロックを作製した。
【００８１】
次に、実施例１〜８及び比較例１〜４に係るハニカムフィルタについて、多孔質セラミック部材及び接合層のヤング率、多孔質セラミック部材の気孔率及び減音率を以下の方法で測定した。
それぞれの結果を下記表１に示す。
【００８２】
（１）多孔質セラミック部材及び接合層のヤング率の測定
実施例１〜８及び比較例１〜４で製造したハニカムフィルタを構成する多孔質セラミック部材及び接合層のヤング率を、曲げ共振法ヤング率測定装置を使用して測定し、多孔質セラミック部材のヤング率に対する、接合層のヤング率の比率の百分率（接合層のヤング率／多孔質セラミック部材のヤング率）を計算した。
具体的なヤング率の測定方法は、以下の通りである。
即ち、各実施例及び比較例で製造したハニカムフィルタの多孔質セラミック部材から長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を切り出し、また、各実施例及び比較例で用いた接着剤ペーストを乾燥させ接着剤乾燥体とし、当該接着剤乾燥体から長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を切り出した。そして、これらの試験片の両端から０．２４４Ｔ近傍を支点とし、アルミナ繊維を用いて電気炉中に試験片を吊り下げ、共振点測定は、測定温度に達した時点より１０分間温度を保持してから開始した。曲げの一次共振点の探索は、まず、簡易発振器の周波数を手動で走査し、オシロスコープ管面上のリサージュ図形の変化から周波数の一次測定を行い、次いで、ファンクションジェネレータの出力周波数を計算機により制御して二次測定を行って、共振周波数を求めた。以上により得た一次曲げモードの共振周波数から、以下の数式（２）を用いてヤング率を測定した。
【００８３】
Ｅ＝０．９４６５×｛（ｍ・ｆ^２）／ｗ｝×（Ｔ／ｔ）^３×｛１＋６．５９×（ｔ／Ｔ）^２｝・・・（２）
但し、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、ｆ：共振周波数（Ｈｚ）、Ｔ：試験片の長さ（ｍ）、ｗ：試験片の幅（ｍ）、ｔ：試験片の厚さ（ｍ）、ｍ：試験片の質量（ｋｇ）である。
【００８４】
（２）多孔質セラミック部材の気孔率の測定
多孔質セラミック部材の気孔率を水銀圧入法により測定した。
【００８５】
（３）ハニカムフィルタの減音率の測定
実施例１〜８及び比較例１〜４で製造したハニカムフィルタをエンジンの排気通路に設置しない場合の排気音の音圧レベルＬ_１（ｄＢ）と、実施例１〜８及び比較例１〜３で製造したハニカムフィルタをエンジンの排気通路に設置した後の排気音の音圧レベルＬ_２（ｄＢ）とを測定し、これらの音圧レベルＬ_１及びＬ_２を用いて下記数式（１）により減音率Ｌ（％）を測定した。
なお、上記ハニカムフィルタをエンジンの排気通路に設置する際には、上記ハニカムフィルタの外周に、アルミナ繊維からなり（アルミナ８０ｗｔ％、シリカ２０ｗｔ％）、嵩密度は０．３５ｇ／ｃｍ^３、厚さは８．５ｍｍの保持シール体を巻き付けた。
【００８６】
Ｌ＝（Ｌ_１−Ｌ_２）／Ｌ_１×１００・・・（１）
【００８７】
【表１】

【００８８】
表１に示した通り、実施例１〜８で製造したハニカムフィルタの多孔質セラミック部材のヤング率に対する、接合層のヤング率の比率の百分率はいずれも２０％を超え、気孔率は２０〜８０％であり、減音率は５％以上であり、好適な消音効果が得られた。
【００８９】
一方、比較例１で製造したハニカムフィルタは、その気孔率が２０％であったが、多孔質セラミック部材のヤング率に対する、接合層のヤング率の比率の百分率が１６．７％と低くかったため、減音率が２％と低く、殆ど消音効果が得られなかった。
また、比較例２で製造したハニカムフィルタは、その気孔率が８５％と非常に高く、製造中に破壊されたものが多数あり、製造が困難であった。また、破壊されなかったものであっても、その強度が低すぎるため、エンジン等の内燃機関の排気通路に設置し、実際に排気ガスをその内部に流通させると破壊されてしまった。
また、比較例３で製造したハニカムフィルタは、その気孔率が１５％と低く、多孔質セラミック部材のヤング率に対する、接合層のヤング率の比率の百分率も１５％と低くかったため、減音率が１％と低く、殆ど消音効果が得られなかった。また、比較例４で製造したハニカムフィルタは、接着剤の強度が非常に低いため、製造中に破壊されたものが多数あり、製造が困難であった。また、破壊されなかったものであっても、その強度が低すぎるため、エンジン等の内燃機関の排気通路に設置し、実際に排気ガスをその内部に流通させると破壊されてしまった。
【００９０】
また、実施例１〜８で製造したハニカムフィルタをエンジンの排気通路に設置し、エンジンを無負荷状態で、最高の回転数にして１００時間運転した後、各ハニカムフィルタを取り出しその状態を観察したが、クラック等は観察されず、フィルタとして充分に機能するものであった。
一方、比較例１〜４で製造したハニカムフィルタを同様にエンジンの排気通路に設置し、エンジンを無負荷状態で、最高の回転数にして１００時間運転した後、取り出しその状態を観察すると、比較例１で製造したハニカムフィルタでは、接合層にクラックが発生しており、この接合層のクラックに起因して多孔質セラミック部材にもクラックが発生しており、フィルタとして充分に機能することができないものであった。
また、比較例３で製造したハニカムフィルタでは、すぐに目詰まりを起こし、圧損が高くなり、頻繁に再生処理が必要であった。
なお、比較例２及び比較例４で製造したハニカムフィルタは、排気ガスの圧力によってすぐに破壊され、フィルタとして機能することができないものであった。
【００９１】
また、実施例１〜８で製造したハニカムフィルタは、その内部に形成された気孔内に白金からなる触媒を多量に担持させることができ、触媒コンバータとしても充分機能させることができた。特に、実施例３〜８で製造したハニカムフィルタは、特に多量の触媒を担持させることができた。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタは、上述の通りであるので、高い気孔率を有するとともに、接合層に熱応力、曲げ応力又は振動が加わっても破壊されることなく、強度及び耐久性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示した本発明のハニカムフィルタに用いる多孔質セラミック部材を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線縦断面図である。
【図３】本発明のハニカムフィルタを製造する様子を模式的に示した側面図である。
【図４】多孔質セラミック部材のヤング率に対する接合層のヤング率の比率の百分率と、減音率との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１０排気ガス浄化用ハニカムフィルタ
１３シール材層
１４接合層
１５セラミックブロック
２０多孔質セラミック部材
２１貫通孔
２２充填材
２３隔壁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a honeycomb filter for purifying exhaust gas used as a filter for removing particulates and the like in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
It has recently become a problem that particulates contained in exhaust gas emitted from internal combustion engines such as vehicles such as buses and trucks and construction machines cause harm to the environment and the human body.
Various ceramic filters have been proposed which allow the exhaust gas to pass through a porous ceramic, collect particulates in the exhaust gas, and purify the exhaust gas.
[0003]
Such a ceramic filter usually forms a ceramic block 15 by binding a plurality of porous ceramic members 20 made of silicon carbide or the like via a bonding layer 14, like the honeycomb filter 10 shown in FIG. A sealing material layer 13 is formed around the ceramic block 15. As shown in FIG. 2, the porous ceramic member 20 has a large number of through-holes 21 arranged in the longitudinal direction, and a partition 23 separating the through-holes 21 functions as a filter.
[0004]
That is, as shown in FIG. 2B, the through-hole 21 formed in the porous ceramic member 20 is sealed with the filler 22 at one of the inlet and outlet ends of the exhaust gas. The exhaust gas that has flowed into one through hole 21 always flows through the partition 23 that separates the through hole 21 and then flows out from the other through hole 21.
The seal material layer 13 is provided for the purpose of preventing the exhaust gas from leaking from the outer peripheral portion of the ceramic block 15 when the honeycomb filter 10 is installed in the exhaust passage of the internal combustion engine.
[0005]
The honeycomb filter 10 having such a configuration is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine are captured by the partition wall 23 when passing through the honeycomb filter 10, and the exhaust gas is removed. Be purified.
Such a honeycomb filter 10 is extremely excellent in heat resistance and easy to regenerate, so that it is used for various large-sized vehicles and vehicles equipped with a diesel engine.
[0006]
As such a honeycomb filter, for example, Patent Literature 1 discloses a honeycomb filter including two or more honeycomb segments and a bonding layer for bonding the honeycomb segments, and the Young's modulus of the bonding layer material is the Young's modulus of the honeycomb segment material. Or a honeycomb structure in which the material strength of the bonding layer is smaller than the material strength of the honeycomb segment.
[0007]
According to the above publication, the use of an adhesive having a lower Young's modulus (or a material strength smaller than the material strength of the honeycomb segment) than the material of the honeycomb segment as the material of the bonding layer causes generation of thermal stress during use. Honeycomb with durability, durability, low temperature difference between the central part and the outer peripheral part, small pressure loss of fluid, small time and energy required for temperature rise during regeneration processing A structure can be provided.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-190916 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the honeycomb filter as described above is used as a catalyst carrier, it is necessary to increase the porosity of the porous ceramic member in order to support a large amount of the catalyst. However, according to the study of the present inventors, when the porosity of the porous ceramic member is increased, its Young's modulus decreases, and when the porous ceramic member is subjected to vibration or bending (tensile) stress, it is easily broken. It turned out to be.
[0010]
However, in the honeycomb structure described in the above publication, the Young's modulus of the joining layer material for joining these is lower than the Young's modulus of the honeycomb segment (porous ceramic member) material. That is, the Young's modulus of the bonding layer was lower than that of the honeycomb segment.
Therefore, with a higher porosity of the honeycomb segments, when the Young's modulus is reduced, the Young's modulus of the bonding layer that joins the honeycomb segments is further lower than the Young's modulus of the high porosity honeycomb segment. It will be. In order to reduce the Young's modulus of the bonding layer, increasing the porosity of the bonding layer is the most effective means. However, when the porosity of the bonding layer is increased, the strength is reduced, and the bonding layer is easily broken by thermal stress generated in the bonding layer, resulting in poor strength and durability. For this reason, the porosity of the honeycomb structure could not be made too high.
[0011]
The present invention has been made to solve these problems, has high porosity, and is not broken even when thermal stress, bending stress or vibration is applied to the bonding layer, and has strength and durability. An object of the present invention is to provide an excellent exhaust gas purifying honeycomb filter.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the exhaust gas purifying honeycomb filter of the present invention, a plurality of prismatic porous ceramic members having a large number of through-holes arranged side by side in a longitudinal direction across a partition wall are bound via a bonding layer to separate the through-holes. A honeycomb filter for purifying exhaust gas, wherein the partition walls are configured to function as a filter for collecting particles,
The percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member (Young's modulus of the bonding layer / Young's modulus of the porous ceramic member) exceeds 20%, and
The porosity of the porous ceramic member is 20 to 80%.
Hereinafter, the exhaust gas purifying honeycomb filter of the present invention will be described.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, a plurality of prism-shaped porous ceramic members having a large number of through-holes arranged in the longitudinal direction across the partition are bound together via a bonding layer, and the partition separating the through-holes is a filter for collecting particles. An exhaust gas purifying honeycomb filter configured to function as
The percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member (Young's modulus of the bonding layer / Young's modulus of the porous ceramic member) exceeds 20%, and
An exhaust gas purifying honeycomb filter, wherein the porosity of the porous ceramic member is 20 to 80%.
[0014]
Examples of the shape of the honeycomb filter for purifying exhaust gas of the present invention (hereinafter, also simply referred to as the honeycomb filter of the present invention) include, for example, those substantially similar to the honeycomb filter 10 shown in FIG. A plurality of members are bound together via a bonding layer to form a ceramic block, and a sealing material layer is formed around the ceramic block. The porous ceramic member has a large number of through-holes arranged in the longitudinal direction, and a partition separating the through-holes functions as a filter.
[0015]
That is, the through-hole formed in the porous ceramic member is sealed with a filler at one of the inlet and outlet ends of the exhaust gas, and the exhaust gas flowing into one through-hole is always After passing through the partition separating the through-holes, it flows out of the other through-holes.
The sealing material layer is provided for the purpose of preventing the exhaust gas from leaking from the outer peripheral portion of the ceramic block when the honeycomb filter of the present invention is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
However, the shape of the honeycomb filter of the present invention is not limited to the columnar shape as shown in FIG. 1, and may be, for example, an arbitrary shape such as an elliptical columnar shape or a rectangular columnar shape.
[0016]
The honeycomb filter of the present invention includes a plurality of porous ceramic members bound via a bonding layer, and a percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member (the bonding layer). (The Young's modulus / Young's modulus of the porous ceramic member) is more than 20%. When the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member is 20% or less, the Young's modulus of the bonding layer with respect to the Young's modulus of the porous ceramic member is small. If the honeycomb filter does not have sufficient strength, the honeycomb filter cannot have excellent strength and durability, and is easily broken when a bending (tensile) stress due to heat is applied to the bonding layer.
[0017]
The upper limit of the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member is preferably 440%. If it exceeds 440%, the Young's modulus of the porous ceramic member becomes too low, and in order to obtain such a low Young's modulus porous ceramic member, the porosity of the porous ceramic member needs to be extremely high. Therefore, practical strength cannot be secured. In addition, if the Young's modulus of the porous ceramic member is not reduced, the Young's modulus of the bonding layer must be extremely high.However, if the Young's modulus of the bonding layer is extremely high, the function as the bonding layer is lost. I will.
Further, the lower limit of the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member is 100%, and the upper limit is more preferably 300%.
The Young's modulus of the porous ceramic member and the bonding layer can be measured by a conventionally known method such as a three-point bending test (JIS R0601) or a method using ultrasonic waves.
[0018]
The material of the porous ceramic member is not particularly limited, and includes, for example, nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride; and carbides such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. Ceramics, oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite can be used.
[0019]
The porosity of the porous ceramic member is 20 to 80%. If the porosity is less than 20%, the honeycomb filter immediately becomes clogged. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the collection efficiency of particulates and the like decreases, and the strength and It becomes inferior in durability.
The porosity can be measured by a conventionally known method such as a mercury intrusion method, an Archimedes method, and a measurement by a scanning electron microscope (SEM).
[0020]
Thus, the lower limit of the porosity of the porous ceramic member constituting the honeycomb filter of the present invention is 20% and the upper limit thereof is 80%, and the honeycomb filter of the present invention has a high porosity.
As described above, when the porosity of the porous ceramic member is increased, its Young's modulus is reduced, so that the porous ceramic member is easily broken when subjected to vibration or bending (tensile) stress. However, in the honeycomb filter of the present invention, the Young's modulus of the joining layer joining the plurality of porous ceramic members and the Young's modulus of the porous ceramic member have the above-described relationship, and the joining layer is large. It has a Young's modulus (ie, large strength). Therefore, in the honeycomb filter of the present invention, the bonding layer can secure the strength of the honeycomb filter, increase the porosity of the porous ceramic member, and increase the porosity of the honeycomb filter.
It is desirable that the lower limit of the porosity of the porous ceramic member is 40% and the upper limit is 80%.
[0021]
The average pore diameter of the porous ceramic member is desirably 5 to 100 μm. If the average pore diameter is less than 5 μm, the particulates may easily be clogged. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 100 μm, the particulates may pass through the pores, fail to collect the particulates, and may not function as a filter.
[0022]
The particle size of the ceramic used for producing such a porous ceramic member is not particularly limited, but it is desirable that the particle size be small in shrinkage in the subsequent firing step. For example, the average particle size is about 0.3 to 50 μm. It is desirable to use a combination of 100 parts by weight of the powder and 5 to 65 parts by weight of a powder having an average particle size of about 0.1 to 1.0 μm. This is because a porous ceramic member can be manufactured by mixing the ceramic powder having the above particle diameter with the above composition.
[0023]
The material constituting the bonding layer is not particularly limited, and examples thereof include a material including an inorganic binder, an organic binder, inorganic fibers, and inorganic particles.
[0024]
Examples of the inorganic binder include silica sol and alumina sol. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above inorganic binders, silica sol is desirable.
[0025]
Examples of the organic binder include polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above organic binders, carboxymethyl cellulose is desirable.
[0026]
Examples of the inorganic fibers include ceramic fibers such as silica-alumina, mullite, alumina, and silica. These may be used alone or in combination of two or more. Among the inorganic fibers, silica-alumina fibers are desirable.
[0027]
Examples of the inorganic particles include carbides and nitrides, and specific examples thereof include inorganic powders and whiskers made of silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above inorganic particles, silicon carbide having excellent thermal conductivity is desirable.
[0028]
Further, the bonding layer may include a balloon that is a minute hollow sphere containing an oxide ceramic as a component. Such a balloon can improve the Young's modulus of the bonding layer and reduce the heat capacity of the bonding layer.
The balloon is not particularly limited, and examples thereof include an alumina balloon, a glass micro balloon, a shirasu balloon, a fly ash balloon (FA balloon), and a mullite balloon. Of these, fly ash balloons are desirable.
[0029]
In addition, the honeycomb filter of the present invention has a sound reduction rate of 5% or more.
In the present specification, the sound reduction rate refers to, for example, a sound pressure level of exhaust sound radiated when a honeycomb filter is not installed in an exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine. ₁ (DB), and the sound pressure level of the exhaust sound radiated when the honeycomb filter is installed in the exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine is L. ₂ (DB) means L (%) given by the following equation (1).
[0030]
L (%) = (L ₁ -L ₂ ) / L ₁ × 100 ・・・ (1)
[0031]
The reason why the honeycomb filter of the present invention thus defined has a sound reduction rate of 5% or more is considered to be as follows.
As described above, as the porosity of the porous ceramic member increases, the Young's modulus of the porous ceramic member decreases, and the porous ceramic member is easily broken. Therefore, it is considered that sound (ie, vibration of air) is not reflected much and is easily absorbed. Can be
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the Young's modulus ratio and the sound reduction rate in the honeycomb filter of the present invention. As shown in FIG. 4, the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member is shown in FIG. When the percentage (Young's modulus ratio) exceeds 20%, the sound reduction rate becomes 5% or more, and the sound reduction rate increases as the Young's modulus ratio increases. Therefore, the honeycomb filter of the present invention has an excellent noise-reducing effect. When the honeycomb filter of the present invention is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine, exhaust noise can be appropriately absorbed and noise can be reduced. Can be achieved.
[0032]
Further, a catalyst made of a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium may be supported in the pores of the honeycomb filter of the present invention. By supporting such a catalyst, the honeycomb filter of the present invention functions as a filter that collects particulates in the exhaust gas and can perform a regeneration process using the catalyst, and is included in the exhaust gas. Can function as a catalytic converter for purifying CO, HC, NOx, and the like.
[0033]
The honeycomb filter of the present invention carrying the catalyst made of the noble metal functions as a gas purification device similar to a conventionally known DPF (diesel particulate filter) with a catalyst. Therefore, a detailed description of the case where the honeycomb filter of the present invention also functions as a catalytic converter is omitted here.
As described above, the porosity of the honeycomb filter of the present invention can be made higher than the porosity of the conventional honeycomb filter, so that a large amount of the catalyst is supported without lowering the performance as a filter. It is possible.
[0034]
As described above, the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member constituting the honeycomb filter of the present invention (the Young's modulus of the bonding layer / the Young's modulus of the porous ceramic member) exceeds 20%. The porosity of the porous ceramic member is 20 to 80%. That is, although the porosity of the porous ceramic member is high and its Young's modulus is low, the bonding layer for joining them has a high Young's modulus and excellent strength. Therefore, the bonding layer can secure the strength of the honeycomb filter of the present invention, and the honeycomb filter of the present invention is not easily broken by vibration or bending (tensile) stress, and has excellent strength and durability. It will be.
[0035]
Further, the honeycomb filter of the present invention has an excellent noise reduction effect (a noise reduction rate of 5% or more) because the porous ceramic member has a high porosity and a low elasticity (Young's modulus). Therefore, when the honeycomb filter of the present invention is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine, exhaust noise generated from the internal combustion engine can be appropriately absorbed, and noise can be reduced.
[0036]
Next, an example of a method for manufacturing the above-described honeycomb filter of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
In the method for manufacturing a honeycomb filter of the present invention, first, a ceramic laminate to be the ceramic block 15 is manufactured.
The ceramic laminate has a prismatic structure in which a plurality of prismatic porous ceramic members 20 in which a large number of through holes 21 are juxtaposed in the longitudinal direction with a partition wall 23 interposed therebetween are bound via a bonding layer 14.
[0038]
In order to manufacture the porous ceramic member 20, first, a binder and a dispersion medium are added to the above-described ceramic powder to prepare a mixed composition.
[0039]
The binder is not particularly limited, and examples thereof include methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, polyethylene glycol, phenol resin, and epoxy resin.
Usually, the amount of the binder is preferably about 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder.
[0040]
The dispersion medium is not particularly limited, and examples thereof include an organic solvent such as benzene; an alcohol such as methanol; and water.
An appropriate amount of the dispersion medium is blended so that the viscosity of the mixed composition falls within a certain range.
[0041]
The ceramic powder, the binder and the dispersion medium are mixed by an attritor or the like, then kneaded sufficiently by a kneader or the like, and formed into a columnar shape having substantially the same shape as the porous ceramic member shown in FIG. 2 by an extrusion molding method or the like. Make a green form.
[0042]
Moreover, you may add a pore-forming agent to the said mixed composition as needed. This is because a porous ceramic member having a high porosity can be obtained.
The pore-forming agent is not particularly limited, and examples thereof include spherical acrylic particles and the above-mentioned balloons.
[0043]
After the formed body is dried using a microwave dryer or the like, a sealing process is performed to fill a predetermined through hole with a sealing material, and the drying process is performed again with a microwave dryer or the like. The sealing material is not particularly limited, and examples thereof include those similar to the mixed composition.
[0044]
Next, the formed body after the sealing treatment is degreased by heating at about 300 to 650 ° C. in an oxygen-containing atmosphere to volatilize a binder and the like, and decompose and disappear to leave substantially ceramic powder alone.
[0045]
Then, after the degreasing treatment is performed, the porous ceramic member 20 is manufactured by sintering by heating to about 1800 to 2200 ° C. in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon to sinter the ceramic powder.
[0046]
Next, as shown in FIG. 3, in order to fabricate this ceramic laminate, first, the porous ceramic member 20 was formed in a V-shaped cross section so that the porous ceramic member 20 could be stacked in an inclined state. After the porous ceramic member 20 is placed on the table 30 in an inclined state, an adhesive paste serving as the bonding layer 14 is applied to the two side surfaces 20a and 20b facing upward with a uniform thickness. A step of forming an adhesive layer and successively laminating another porous ceramic member 20 on this adhesive layer is repeated to produce a prismatic ceramic laminate of a predetermined size.
[0047]
Then, the ceramic laminate is heated at a temperature of 50 to 100 ° C. for about 1 hour to dry and solidify the adhesive layer to form a bonding layer 14. Thereafter, for example, using a diamond cutter or the like, an outer peripheral portion is formed. The ceramic block 15 is manufactured by cutting to a shape as shown in FIG.
[0048]
The material constituting the bonding layer 14 is not particularly limited, and for example, the above-mentioned adhesive paste containing an inorganic binder, an organic binder, inorganic fibers, and inorganic particles can be used.
The adhesive paste may contain a small amount of water, a solvent, or the like, but such water, solvent, or the like is generally scattered almost by heating after the adhesive paste is applied.
[0049]
In addition, the lower limit of the content of the inorganic binder is preferably 1% by weight, more preferably 5% by weight in terms of solid content. On the other hand, the upper limit of the content of the inorganic binder is preferably 80% by weight, more preferably 70% by weight, and further preferably 50% by weight in terms of solid content. When the content of the inorganic binder is less than 1% by weight, the adhesive strength may be reduced. On the other hand, when the content is more than 80% by weight, the thermal conductivity may be reduced.
[0050]
The lower limit of the content of the organic binder is preferably 0.1% by weight in terms of solid content. On the other hand, the upper limit of the content of the organic binder is desirably 5.0% by weight in terms of solid content. If the content of the organic binder is less than 0.1% by weight, it may be difficult to suppress the migration of the bonding layer 14, whereas if it exceeds 5.0% by weight, the bonding layer 14 is exposed to a high temperature. In such a case, the organic binder may be burned off and the adhesive strength may be reduced.
[0051]
The lower limit of the content of the inorganic fiber is preferably 10% by weight in terms of solid content. On the other hand, the upper limit of the content of the inorganic fibers is preferably 70% by weight in terms of solid content. When the content of the inorganic fiber is less than 10% by weight, the punching load decreases, while when it exceeds 70% by weight, the thermal conductivity decreases.
[0052]
The lower limit of the content of the inorganic particles is preferably 3% by weight in terms of solid content. On the other hand, the upper limit of the content of the inorganic particles is desirably 80% by weight in terms of solid content. When the content of the inorganic particles is less than 3% by weight, the thermal conductivity may be reduced. On the other hand, when the content is more than 80% by weight, the bonding strength may be reduced when the bonding layer 14 is exposed to a high temperature. May be invited.
[0053]
The lower limit of the shot content of the inorganic fiber is desirably 1% by weight, and the upper limit is desirably 10% by weight. The lower limit of the fiber length is desirably 1 μm, and the upper limit is desirably 100 μm.
[0054]
If the shot content is less than 1% by weight, it is difficult to manufacture. If the shot content exceeds 10% by weight, the wall surface of the porous ceramic member 20 may be damaged. If the fiber length is less than 1 μm, it is difficult to form the honeycomb filter 10 having elasticity. If the fiber length is more than 100 μm, it is easy to take a pill-like form, so that the dispersion of the inorganic particles is deteriorated and the bonding layer is formed. 14 cannot be reduced in thickness.
[0055]
The lower limit of the particle size of the inorganic powder is preferably 0.01 μm, more preferably 0.1 μm. On the other hand, the upper limit of the particle size of the inorganic particles is preferably 100 μm, more preferably 15 μm, and even more preferably 10 μm. If the particle size of the inorganic particles is less than 0.01 μm, the cost may be increased. On the other hand, if the particle size of the inorganic particles exceeds 100 μm, the adhesive strength and the heat conductivity may be reduced.
[0056]
In this adhesive paste, in addition to the above-mentioned inorganic fiber, inorganic binder, organic binder and inorganic particles, in order to soften the adhesive paste, to impart fluidity, and to facilitate application, the total weight of 35 to The adhesive paste may contain about 65% by weight of water or another solvent such as acetone or alcohol, and the viscosity of the adhesive paste is desirably 15 to 25 Pa · s (10,000 to 20,000 cps (cP)). .
[0057]
Further, the adhesive paste may include, for example, balloons (fine hollow spheres) such as alumina balloons, glass microballoons, shirasu balloons, fly ash balloons (FA balloons), and mullite balloons.
This is because the Young's modulus of the bonding layer can be improved and the heat capacity of the bonding layer can be reduced.
[0058]
Next, a sealing material forming step of forming a layer of the sealing material layer 13 around the ceramic block 15 thus manufactured is performed.
[0059]
In this sealing material forming step, first, the ceramic block 15 is pivotally supported and rotated in the longitudinal direction.
The rotation speed of the ceramic block 15 is not particularly limited, but is 2 to 10 min. ^-1 It is desirable that
[0060]
Subsequently, a sealing material paste is attached to the outer peripheral portion of the rotating ceramic block 15. The sealing material paste is not particularly limited, and may be the same as the above-mentioned adhesive paste.
[0061]
Next, the sealing material paste layer thus formed is dried at a temperature of about 120 ° C. to evaporate moisture to form a sealing material layer 13, and as shown in FIG. The manufacturing of the honeycomb filter 10 of the present invention in which the sealing material layer 13 is formed on the substrate is completed.
[0062]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0063]
Example 1
(1) 60% by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle size of 5 μm and 40% by weight of β-type silicon carbide powder having an average particle size of 0.5 μm are wet-mixed, and 100 parts by weight of the obtained mixture is 5 parts by weight of an organic binder (methyl cellulose) and 10 parts by weight of water were added and kneaded to obtain a kneaded product. Next, a small amount of a plasticizer and a lubricant were added to the above kneaded material, and the mixture was further kneaded, followed by extrusion molding to produce a formed body.
Next, the formed product is dried using a microwave drier, a paste having the same composition as that of the formed product is filled in predetermined through-holes, and then dried using a drier again at 400 ° C. By baking at 2200 ° C. for 3 hours under an argon atmosphere at normal pressure, the size is 33 mm × 33 mm × 300 mm and the number of through holes is 31 / cm as shown in FIG. ² Then, a porous ceramic member made of a silicon carbide sintered body having a partition wall thickness of 0.3 mm was manufactured.
[0064]
(2) Heat resistance containing 19.6% by weight of alumina fiber having a fiber length of 0.2 mm, 67.8% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 10.1% by weight of silica sol and 2.5% by weight of carboxymethyl cellulose. A large number of the porous ceramic members are bound by the method described with reference to FIG. 3 by using a conductive adhesive paste, and then cut by using a diamond cutter, so that the diameter as shown in FIG. A 165 mm cylindrical ceramic block was produced.
[0065]
Next, 23.3% by weight of ceramic fibers made of alumina silicate (shot content: 3%, fiber length: 0.1 to 100 mm) as inorganic fibers, and silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.3 μm as inorganic particles 30. 2% by weight, silica sol as inorganic binder (SiO in sol) ₂ 7% by weight), 0.5% by weight of carboxymethylcellulose as an organic binder and 39% by weight of water were mixed and kneaded to prepare a sealing material paste.
[0066]
Next, a sealing material paste layer having a thickness of 1.0 mm was formed on the outer peripheral portion of the ceramic block by using the sealing material paste. Then, the sealing material paste layer was dried at 120 ° C. to manufacture a cylindrical honeycomb filter as shown in FIG.
[0067]
Example 2
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as in (1) of the example.
(2) 13.7% by weight of ceramic fiber having a fiber length of 0.035 mm, 30.9% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 39.1% by weight of alumina balloon (average particle diameter 150 μm), silica sol 14. Using a heat-resistant adhesive paste containing 8% by weight and 1.5% by weight of carboxymethylcellulose, the porous ceramic members are bound in a large number by the method described with reference to FIG. 3, and subsequently, using a diamond cutter. By cutting, a cylindrical ceramic block having a diameter of 165 mm as shown in FIG. 1 was produced.
[0068]
Example 3
(1) 70% by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 10 μm and 30% by weight of β-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.5 μm are wet-mixed, and 100 parts by weight of the obtained mixture is 13 parts by weight of an organic binder (methyl cellulose), 20 parts by weight of water, and 5 parts by weight of spherical acrylic particles (average particle size: 10 μm) as a pore-forming agent were added and kneaded to obtain a kneaded product. Next, a small amount of a plasticizer and a lubricant were added to the above kneaded material, and the mixture was further kneaded, followed by extrusion molding to produce a formed body.
Next, the formed product is dried using a microwave drier, a paste having the same composition as that of the formed product is filled in predetermined through-holes, and then dried using a drier again at 400 ° C. By baking at 2200 ° C. for 6 hours in an argon atmosphere at normal pressure, the size is 33 mm × 33 mm × 300 mm and the number of through holes is 31 / cm, as shown in FIG. ² Then, a porous ceramic member made of a silicon carbide sintered body having a partition wall thickness of 0.3 mm was manufactured.
[0069]
(2) Heat resistance including 54.2% by weight of ceramic fiber having a fiber length of 0.035 mm, 35.2% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 8.1% by weight of silica sol, and 2.5% by weight of carboxymethyl cellulose. A large number of the porous ceramic members are bound by the method described with reference to FIG. 3 by using a conductive adhesive paste, and then cut by using a diamond cutter, so that the diameter as shown in FIG. A 165 mm cylindrical ceramic block was produced.
[0070]
Thereafter, in the same manner as in Example 1, a sealing material paste layer having a thickness of 1.0 mm was formed on the outer peripheral portion of the ceramic block. Then, the sealing material paste layer was dried at 120 ° C. to manufacture a cylindrical honeycomb filter as shown in FIG.
[0071]
Example 4
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 3.
(2) A ceramic block is manufactured by joining the porous ceramic members in the same manner as in (2) of Example 1, and a sealing material layer is formed on the outer periphery of the ceramic block to manufacture a cylindrical honeycomb filter. did.
[0072]
Example 5
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 3.
(2) The porous ceramic member is joined in the same manner as in (2) of Example 2 to produce a ceramic block, and a sealing material layer is formed on the outer peripheral portion of the ceramic block to produce a cylindrical honeycomb filter. did.
[0073]
Example 6
(1) 80% by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 30 μm and 20% by weight of β-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.5 μm are wet-mixed, and 100 parts by weight of the obtained mixture is 30 parts by weight of an organic binder (methyl cellulose), 35 parts by weight of water, and 30 parts by weight of spherical acrylic particles (average particle size: 30 μm) as a pore-forming agent were added and kneaded to obtain a kneaded product. Next, a small amount of a plasticizer and a lubricant were added to the above kneaded material, and the mixture was further kneaded, followed by extrusion molding to produce a formed body.
Next, the formed product is dried using a microwave drier, a paste having the same composition as that of the formed product is filled in predetermined through-holes, and then dried using a drier again at 400 ° C. By baking at 2200 ° C. for 3 hours under an argon atmosphere at normal pressure, the size is 33 mm × 33 mm × 300 mm and the number of through holes is 31 / cm as shown in FIG. ² Then, a porous ceramic member made of a silicon carbide sintered body having a partition wall thickness of 0.3 mm was manufactured.
[0074]
(2) The porous ceramic member is joined in the same manner as in (3) of Example 3 to produce a ceramic block, and a sealing material layer is formed on the outer peripheral portion of the ceramic block to produce a cylindrical honeycomb filter. did.
[0075]
Example 7
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 6.
(2) A ceramic block is manufactured by joining the porous ceramic members in the same manner as in (2) of Example 1, and a sealing material layer is formed on the outer periphery of the ceramic block to manufacture a cylindrical honeycomb filter. did.
[0076]
Example 8
(1) First, a porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 6.
(2) Next, the porous ceramic member is joined in the same manner as in (2) of Example 2 to form a ceramic block, and a sealing material layer is formed on the outer peripheral portion of the ceramic block to form a cylindrical honeycomb. A filter was manufactured.
[0077]
Comparative Example 1
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 1.
(2) The porous ceramic member is joined in the same manner as in (3) of Example 3 to produce a ceramic block, and a sealing material layer is formed on the outer peripheral portion of the ceramic block to produce a cylindrical honeycomb filter. did.
[0078]
Comparative Example 2
70% by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 10 μm and 30% by weight of β-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.5 μm are wet-mixed, and 100 parts by weight of the obtained mixture is mixed with an organic binder ( Methylcellulose), 40 parts by weight of water, and 50 parts by weight of spherical acrylic particles (average particle size: 10 μm) as a pore-forming agent were added and kneaded to obtain a kneaded product. Thus, a honeycomb filter was manufactured.
[0079]
Comparative Example 3
In addition to the addition of 3.6 parts by weight of an organic binder (methyl cellulose) and 18 parts by weight of water to 100 parts by weight of 30% by weight of β-type silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.5 μm, a kneaded product was obtained. Produced a honeycomb filter in the same manner as in Example 1.
[0080]
Comparative Example 4
(1) A porous ceramic member was manufactured in the same manner as (1) of Example 6.
(2) 22.8% by weight of ceramic fiber having a fiber length of 0.035 mm, 14.7% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 3.4% by weight of silica sol and 1.1% by weight of carboxymethyl cellulose, pore forming Using a heat-resistant adhesive paste containing spherical acrylic particles (average particle size: 30 μm) as an agent, the porous ceramic members are bound in a large number by the method described with reference to FIG. By cutting, a cylindrical shape having a diameter of 165 mm as shown in FIG. 1 was formed, and then the adhesive layer was degreased at 700 ° C. to produce a ceramic block.
[0081]
Next, for the honeycomb filters according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, the Young's modulus of the porous ceramic member and the bonding layer, the porosity of the porous ceramic member, and the sound reduction rate were measured by the following methods.
The results are shown in Table 1 below.
[0082]
(1) Measurement of Young's modulus of porous ceramic member and bonding layer
The Young's modulus of the porous ceramic member and the bonding layer constituting the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 were measured using a bending resonance method Young's modulus measuring device, and the porous ceramic member was measured. The percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus (Young's modulus of the bonding layer / Young's modulus of the porous ceramic member) was calculated.
The specific method of measuring the Young's modulus is as follows.
That is, a test piece having a length of 100 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 2 mm was cut out from the porous ceramic member of the honeycomb filter manufactured in each of the Examples and Comparative Examples, and the adhesive paste used in each of the Examples and Comparative Examples was used. The dried adhesive was dried, and a test piece having a length of 100 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 2 mm was cut out from the dried adhesive. The test pieces were suspended in an electric furnace using alumina fibers around 0.244T from both ends of the test pieces. The resonance point measurement was performed by maintaining the temperature for 10 minutes from the time when the measurement temperature was reached. Started. The search for the primary resonance point of the bending is performed by first manually scanning the frequency of the simple oscillator, performing a primary measurement of the frequency from the change in the Lissajous figure on the oscilloscope screen, and then controlling the output frequency of the function generator by a computer. Secondary measurement was performed to determine the resonance frequency. From the resonance frequency of the primary bending mode obtained as described above, the Young's modulus was measured using the following equation (2).
[0083]
E = 0.9465 × ｛(m · f ² ) / W｝ × (T / t) ³ × ｛1 + 6.59 × (t / T) ² ｝・・・ (2)
Here, E: Young's modulus (Pa), f: Resonance frequency (Hz), T: Length of test piece (m), w: Width of test piece (m), t: Thickness of test piece (m), m: Mass (kg) of the test piece.
[0084]
(2) Measurement of porosity of porous ceramic member
The porosity of the porous ceramic member was measured by a mercury intrusion method.
[0085]
(3) Measurement of sound reduction rate of honeycomb filter
The sound pressure level L of the exhaust sound when the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 are not installed in the exhaust passage of the engine. ₁ (DB) and the sound pressure level L of the exhaust noise after the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 were installed in the exhaust passage of the engine. ₂ (DB) and these sound pressure levels L ₁ And L ₂ Was used to measure the sound reduction rate L (%) according to the following equation (1).
When the honeycomb filter is installed in the exhaust passage of the engine, the honeycomb filter is made of alumina fiber (80% by weight of alumina, 20% by weight of silica) and has a bulk density of 0.35 g / cm. ³ And a holding seal body having a thickness of 8.5 mm.
[0086]
L = (L ₁ -L ₂ ) / L ₁ × 100 ・・・ (1)
[0087]
[Table 1]

[0088]
As shown in Table 1, the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic members of the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 exceeded 20%, and the porosity was 20 to 80. %, And the sound reduction rate was 5% or more, and a suitable silencing effect was obtained.
[0089]
On the other hand, although the porosity of the honeycomb filter manufactured in Comparative Example 1 was 20%, the percentage of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member was as low as 16.7%. The sound reduction rate was as low as 2%, and almost no noise reduction effect was obtained.
Further, the honeycomb filter manufactured in Comparative Example 2 had a very high porosity of 85%, many of which were broken during the manufacturing, and it was difficult to manufacture. Even if it was not destroyed, the strength was too low, so it was destroyed when it was installed in the exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine and the exhaust gas was actually circulated inside.
In addition, the honeycomb filter manufactured in Comparative Example 3 had a low porosity of 15%, and the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member was as low as 15%. Was as low as 1%, and almost no silencing effect was obtained. In addition, the honeycomb filter manufactured in Comparative Example 4 had very low adhesive strength, so that many of the filters were broken during the manufacturing, making the manufacturing difficult. Even if it was not destroyed, the strength was too low, so it was destroyed when it was installed in the exhaust passage of an internal combustion engine such as an engine and the exhaust gas was actually circulated inside.
[0090]
Further, the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 were installed in the exhaust passage of the engine, and after the engine was operated at the maximum number of revolutions for 100 hours with no load, each honeycomb filter was taken out and observed. However, no cracks or the like were observed, and the film sufficiently functioned as a filter.
On the other hand, the honeycomb filters manufactured in Comparative Examples 1 to 4 were similarly installed in the exhaust passage of the engine, and the engine was operated at the maximum number of revolutions with no load for 100 hours. In the honeycomb filter manufactured in Example 1, cracks occurred in the bonding layer, and cracks also occurred in the porous ceramic member due to the cracks in the bonding layer, so that the filter could not function sufficiently as a filter. Was something.
Further, in the honeycomb filter manufactured in Comparative Example 3, clogging was immediately caused, pressure loss was increased, and frequent regeneration treatment was required.
The honeycomb filters manufactured in Comparative Examples 2 and 4 were immediately broken by the pressure of the exhaust gas and could not function as filters.
[0091]
In addition, the honeycomb filters manufactured in Examples 1 to 8 were able to carry a large amount of the platinum catalyst in the pores formed therein, and were able to function sufficiently as a catalytic converter. In particular, the honeycomb filters manufactured in Examples 3 to 8 could carry a particularly large amount of catalyst.
[0092]
【The invention's effect】
Since the honeycomb filter for purifying exhaust gas of the present invention is as described above, it has a high porosity, and is not broken even when thermal stress, bending stress or vibration is applied to the bonding layer, and has strength and durability. It will be excellent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view schematically showing an example of a honeycomb filter for purifying exhaust gas of the present invention.
FIG. 2A is a perspective view schematically showing a porous ceramic member used for the honeycomb filter of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view taken along line AA. is there.
FIG. 3 is a side view schematically showing a manner of manufacturing the honeycomb filter of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member and the sound reduction rate.
[Explanation of symbols]
10 Honeycomb filter for exhaust gas purification
13 Seal material layer
14 Bonding layer
15 Ceramic block
20 Porous ceramic members
21 Through hole
22 Filler
23 Partition

Claims

A plurality of porous ceramic members each having a prismatic shape in which a large number of through holes are juxtaposed in the longitudinal direction with a partition wall therebetween are bound via a bonding layer, and the partition wall separating the through holes functions as a filter for collecting particles. An exhaust gas purifying honeycomb filter configured as:
The percentage of the ratio of the Young's modulus of the bonding layer to the Young's modulus of the porous ceramic member (Young's modulus of the bonding layer / Young's modulus of the porous ceramic member) exceeds 20%, and
A honeycomb filter for purifying exhaust gas, wherein the porosity of the porous ceramic member is 20 to 80%.